Les trous noirs existent-ils vraiment ?
Oui, les trous noirs existent vraiment : longtemps restés une prédiction de la relativité générale, ils sont aujourd’hui observés de plusieurs façons indépendantes. On a mesuré leur influence sur les étoiles voisines, capté les ondes gravitationnelles émises par leurs fusions et même obtenu l’image de l’ombre de deux d’entre eux. Restent en revanche hypothétiques les « micro-trous noirs » qui auraient pu se former juste après le Big Bang.
Un objet prédit par la théorie
Un trou noir est une région de l’espace où la matière est si concentrée que rien, pas même la lumière, ne peut s’en échapper. Sa frontière s’appelle l’horizon des événements. En 1916, peu après la publication de la relativité générale d’Einstein, Karl Schwarzschild trouve une solution des équations qui décrit un tel objet. Pendant des décennies, beaucoup de physiciens, Einstein compris, doutent qu’il puisse exister dans la nature. Le terme « trou noir » se répand à la fin des années 1960, notamment grâce au physicien américain John Wheeler.
Les trous noirs stellaires
Lorsqu’une étoile très massive arrive en fin de vie, son cœur peut s’effondrer sur lui-même et former un trou noir de quelques masses solaires à quelques dizaines. Le premier candidat sérieux, Cygnus X-1, a été identifié au début des années 1970 : une étoile y tourne autour d’un compagnon invisible, trop massif pour être une étoile à neutrons, dont la matière arrachée émet des rayons X. Le 14 septembre 2015, les détecteurs LIGO, aux États-Unis, ont capté pour la première fois des ondes gravitationnelles, émises par la fusion de deux trous noirs. Des dizaines d’autres fusions ont été détectées depuis, et cette découverte a valu le prix Nobel de physique 2017 à Rainer Weiss, Barry Barish et Kip Thorne.
Les trous noirs supermassifs
Au centre de la plupart des grandes galaxies se trouve un trou noir de plusieurs millions à plusieurs milliards de masses solaires. Celui de notre Galaxie, Sagittarius A*, situé à environ 26 000 années-lumière de nous, pèse environ quatre millions de fois la masse du Soleil. On l’a « pesé » en suivant pendant des années les orbites d’étoiles qui passent très près de lui ; ces travaux ont valu le prix Nobel de physique 2020 à Reinhard Genzel et Andrea Ghez, partagé avec Roger Penrose pour ses travaux théoriques. Les quasars, parmi les objets les plus lumineux de l’Univers, sont alimentés par la matière qui tombe vers de tels trous noirs géants : c’est ce disque de matière surchauffée qui brille, non le trou noir lui-même.
Des images directes
En avril 2019, la collaboration Event Horizon Telescope, qui associe des radiotélescopes répartis sur toute la planète, a publié la première image de l’environnement immédiat d’un trou noir : celui de la galaxie M87, à environ 55 millions d’années-lumière. On y voit un anneau lumineux autour d’une zone sombre, l’« ombre » du trou noir, conforme aux prédictions de la relativité générale. En mai 2022, la même collaboration a publié l’image de Sagittarius A*.
Le Soleil peut-il devenir un trou noir ?
Non. Pour devenir un trou noir, le Soleil devrait être comprimé dans une sphère d’environ 3 kilomètres de rayon, ce qu’aucun processus naturel ne permet pour une étoile de sa masse. Dans quelques milliards d’années, après une phase de géante rouge, il deviendra une naine blanche, un astre très dense de la taille de la Terre, qui se refroidira lentement. Quant aux micro-trous noirs primordiaux, envisagés notamment par Stephen Hawking, aucune observation ne les a confirmés à ce jour.
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